JP6193691B2 - 防氷システム、及び、航空機 - Google Patents

Description

本発明は、飛行中の航空機の特定の部位に着氷するのを防氷するのに好適なシステムに関する。

過冷却の水滴が存在する領域を航空機が飛行していると着氷が生じる。特に、翼の前縁やエンジンの空気取り入れ口が着氷し、付着した氷が成長すると、航空機の揚力が減少することがある。そうすると、安定な飛行が損なわれてしまう。
そこで、航空機は、安全装置の一つとして、航空機の飛行環境に応じて生じる着氷を防止するために防氷装置を備えている。
防氷装置として、例えば、特許文献１は、エンジンから排出される高温の抽気によって翼の前縁への着氷を防止する装置を開示している。

防氷装置は、操縦士が飛行環境に応じて、手動運転モード、停止モードおよび自動運転モードから選択した動作モードに従って動作される。

特開２０１１−１８３９２２号公報

航空機の安全な飛行を確保するためには、上記の３つの動作モードが適切に選択されることが望まれる。
そこで本発明は、上記要求に基づいて、適切な動作モードへの切り替えができる防氷システムを提供することを目的とする。

かかる目的のもとなされた、本発明の防氷システムは、航空機に設けられた防氷装置の動作を制御する防氷システムであって、防氷装置の動作モードを選択する動作モード選択手段と、動作モード選択手段で選択された動作モードに従って、防氷装置の動作を制御する制御手段と、を備え、動作モードは、少なくとも手動運転モード、自動運転モード及び停止モードからなり、制御手段は、動作モード選択手段によって手動運転モード又は停止モードが選択されている際に、動作モード選択手段に故障が生じたことを検知すると、防氷装置の動作を自動運転モードにより制御することを特徴とする。
本発明の防氷システムによると、防氷装置の動作モードが動作モード又は停止モードに選択されている間に、スイッチが故障した場合であっても、着氷検出器の着氷検知信号に基づいて防氷装置の動作を確実に制御することができる。そのため、航空機の機体防氷機能に関する非常時の安全性を一層向上することができる。

また、本発明の防氷システムは、航空機の飛行高度を計測する高度計を備え、制御手段は、高度計から取得した飛行高度情報に基づいて、航空機が所定の飛行高度に至ったのち、防氷装置の動作を自動運転モードにより制御することができる。
本発明の防氷システムによると、所定の飛行高度に至るまでは、操縦士の意思を優先させた動作モードで防氷装置を動作させながら飛行することができる。

さらに、本発明の防氷システムは、防氷装置の動作モードを表示する表示部を備えていることが好ましい。
また、本発明は、上記防氷システムを搭載した航空機をも提供する。

本発明によれば、飛行環境や操縦士の意思を考慮しながら、適切な動作モードを選択することにより、航空機の防氷装置を確実に制御することが可能となる。

本発明の実施形態による防氷システムを備える航空機を示す図である。 防氷システムの構成を示すブロック図である。 第１実施形態における防氷システムの制御手順を示すフローチャートである。 第２実施形態における防氷システムの制御手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明にかかる実施の形態を詳細に説明する。
以下説明する実施形態は、航空機１に装備される防氷装置５０の動作を制御する手順について二つの形態を含んでいるが、防氷システム１０としての基本的な構成は共通している。そこで、はじめに防氷システム１０の構成について説明し、その後に防氷装置５０の制御手順について、二つの形態を順に説明する。

［防氷システムの構成］
図１及び図２に示される航空機１の防氷システム１０は、操縦士の指令に従って、防氷装置５０の動作を制御する。
防氷システム１０は、防氷対象物、例えば、図１に示される航空機１の主翼３（３Ｒ，３Ｌ）の前縁やエンジン４（４Ｒ，４Ｌ）の空気取り入れ口に着氷するのを防止する。
防氷システム１０は、図２に示すように、スイッチ２０と、着氷検出器３０と、制御装置４０と、防氷装置５０と、高度計７０と、表示器８０を備える。
制御装置４０は、スイッチ２０により選択された動作モードに基づいて、防氷装置５０の動作を制御する。例えば、制御装置４０は、着氷検出器３０から取得する信号を参照して、防氷装置５０の動作を制御する。または、制御装置４０は、航空機１に設けられる高度計７０から取得する信号を参照して、防氷装置５０の動作を制御する。

スイッチ２０は、手動運転モード（以下、ＯＮモードともいう）、自動運転モード（以下、ＡＵＴＯモードともいう）、及び、停止モード（以下、ＯＦＦモードともいう）の３つの動作モードからいずれかを選択できるように構成されている。

ＯＮモードは、操縦士の操作によりスイッチ２０を介して選択されている間、防氷装置５０を継続して運転するモードである。ＡＵＴＯモードは、着氷検出器３０の検出結果に基づいて、防氷装置５０を運転及び停止させるモードである。ＯＦＦモードは、それが選択されると、防氷装置５０の運転が停止されるモードである。すなわち、ＯＮモードまたはＡＵＴＯモードが選択されているときにＯＦＦモードに選択が切り替えられると、防氷装置５０の運転は停止される。
操縦士は、スイッチ２０を操作することにより、３つのモードから自身が望む防氷装置５０の動作モードを選択する。スイッチ２０において選択された動作モードに対応する信号（以下、モード信号ということもある）は、制御装置４０に伝達される。スイッチ２０は、例えば、回転する位置に応じてＯＮモード、ＡＵＴＯモード及びＯＦＦモードが選択できるダイヤル式のものが用いられる。

着氷検出器３０は、それ自体に着氷が生じたことを検出する機器である。着氷検出器３０は、それ自体への着氷の有無を特定する信号（以下、着氷検知信号ということもある）を制御装置４０に伝達する。この信号は、ＡＵＴＯモードのときに、防氷装置５０を作動させるか否かの判断に用いられる。
着氷検出器３０は、航空機１の胴体２の左右に一つずつ設けられており、各々独立して着氷を検出するので、検出結果も独立して制御装置４０に伝えられる。
着氷検出器３０は、様々なものを適用することができ、例えば、着氷の有無による固有振動数の変動に基づく着氷検出器、着氷の有無による電極間の静電容量の変動に基づく着氷検出器、その他の公知の検出器を用いることができる。

制御装置４０は、スイッチ２０で選択された動作モードに対応するモード信号に基づいて、以下説明するように、防氷装置５０に指令を送る。
制御装置４０は、ＯＮモードに対応する信号（以下、ＯＮモード信号ということもある）を取得すると、着氷検出器３０からの着氷検知信号の如何にかかわらず、防氷装置５０に運転を指令する信号（以下、ＯＮ指令信号ということもある）を送る。
また、制御装置４０は、ＡＵＴＯモード信号を取得すると、着氷検出器３０からの着氷検知信号に基づいて、防氷装置５０を運転させるか否かの判断をする。つまり、制御装置４０は、着氷が生じている旨の着氷検知信号を取得すると、防氷装置５０に運転を指令するＯＮ指令信号を送る。一方、制御装置４０は、着氷が生じていない旨の着氷検知信号を取得すると、防氷装置５０に運転停止を指令する信号（以下、ＯＦＦ指令信号ということもある）を送る。すなわち、防氷装置５０が運転している場合、その運転が停止される。また、防氷装置５０が停止している場合には、そのまま停止が継続される。
また、制御装置４０は、ＯＦＦモードに対応する信号（以下、ＯＦＦモード信号ということもある）を取得すると、着氷検出器３０からの着氷検知信号の如何にかかわらず、防氷装置５０に運転停止を指令するＯＦＦ指令信号を送る。

また、制御装置４０は、高度計７０から航空機１の飛行高度に関する情報を取得する。飛行高度情報は、制御装置４０に接続される表示器８０に表示されることで操縦士に提供されるとともに、第２実施形態において、防氷装置５０の動作制御に用いられる。制御装置４０は、操縦士によって選択されている動作モード、つまりＯＮモード、ＡＵＴＯモード及びＯＦＦモードを表示器８０に表示させる。表示器８０は、航空機１の操縦室９０に設けられる。

防氷装置５０は、防氷対象物に着氷が生じることを防ぐ装置であり、主翼３及びエンジン４に設けられる。防氷装置５０は、制御装置４０から伝達される、各動作モードに対応する指令信号、つまり、ＯＮ指令信号またはＯＦＦ指令信号に基づいて動作する。
防氷装置５０は、その目的を達成できる限り、その構成は任意であり、例えば、エンジンの抽気を利用して防氷対象物への着氷を防ぐ装置を適用することができる。

［防氷システム１０の動作について］
以上の構成を備える防氷システム１０の動作について説明する。
操縦士は、機外の湿度、気温等の情報から、防氷装置５０の運転が必要と判断した場合には、スイッチ２０を操作してＯＮモードを選択する。そうすると、ＯＮモード信号を取得した制御装置４０は、防氷装置５０にＯＮ指令信号を送る。
操縦士は、防氷装置５０の運転が不要と判断している場合には、スイッチ２０を操作してＯＦＦモードを選択する。そうすると、ＯＦＦモード信号を取得した制御装置４０は、防氷装置５０にＯＦＦ指令信号を送る。
また、操縦士は、防氷装置５０の運転要否を防氷システム１０が判断することを望む場合には、スイッチ２０を操作してＡＵＴＯモードを選択する。そうすると、ＡＵＴＯモード信号を取得した制御装置４０は、着氷検出器３０からの着氷検知信号を参照して、防氷装置５０にＯＮ指令信号またはＯＦＦ指令信号を送る。
なお、操縦士によって選択された動作モードは、表示器８０に表示される。

［第１実施形態］
初めに、防氷装置５０の制御手順に関する第１実施形態を、図３を参照して説明する。第１実施形態は、例えば、操縦士が一旦、離陸前に防氷装置５０の動作モードを設定した後に、スイッチ２０の信号系統が故障することをも考慮して、防氷装置５０を適切に動作させることができる。
なお、スイッチ２０が故障するとは、操縦士がスイッチ２０により選択した動作モードに従って、制御装置４０に対し、対応するモード信号が適切に伝達されないことを言う。ここで、スイッチ２０の故障は、例えば、データバス１００（図２）を介して取得したスイッチ２０の接点情報と、自己が保持している正常な接点情報とを制御装置４０が比較することにより、故障の有無を判定する。
したがって、例えば、ＯＦＦモードが選択されていた場合において、スイッチ２０が故障していると、正しい接点情報がデータバス１００から制御装置４０に送られないため、操縦士の判断によりＯＮモードに切り替えようとしても、モード信号が適切に伝達されないため防氷装置５０を運転することができない。

図３に示すように、操縦士は、スイッチ２０を介してＯＮモード、ＯＦＦモードおよびＡＵＴＯモードからいずれかの動作モードを選択する（Ｓ２０１）。また、制御装置４０は、スイッチ２０に故障が生じたか否かを判定する（Ｓ２０３，Ｓ２０７，Ｓ２１１）。

［ＯＮモード］
まず、操縦士がＯＮモードを選択した場合の制御手順について説明する。
操縦士がＯＮモードを選択した場合、制御装置４０は、スイッチ２０やその信号系統などに故障が検出されない限り、防氷装置５０がＯＮモードで運転されるように制御する（Ｓ２０３ Ｎ）。すなわち、スイッチ２０から取得したＯＮモード信号に基づいて、防氷装置５０に対して運転を指令するＯＮ指令信号を送る。そして、制御装置４０は、操縦士のスイッチ操作による動作モードの切り替えが行われない限り、故障の有無を検知しながら、ＯＮモードを維持する（Ｓ２０５ Ｎ）。また、操縦士がスイッチ２０を操作して動作モードの切り替えを行うと（Ｓ２０５ Ｙ）、制御装置４０は、選択された動作モード（ＯＦＦモード又はＡＵＴＯモード）における制御手順（後述）を実行する。
一方、制御装置４０は、スイッチ２０が故障したことを検出した場合（Ｓ２０３ Ｙ）、防氷装置５０の動作モードをＯＮモードからＡＵＴＯモードに切り替えて、ＡＵＴＯモードにおける制御手順を実行する。この場合、表示器８０には、操縦士が選択した動作モード（ＯＮモード）ではなく、制御装置４０により切り替えられた動作モード（ＡＵＴＯモード）が表示される。

［ＡＵＴＯモード］
次に、ＡＵＴＯモードが選択されている場合の制御手順について説明する。
操縦士がＡＵＴＯモードを選択した場合、制御装置４０は、スイッチ２０やその信号系統などに故障が検出されない場合、防氷装置５０がＡＵＴＯモードで運転されるよう制御する（Ｓ２０３ Ｎ）。すなわち、着氷検出器３０から取得する着氷検知信号を参照ながら、防氷装置５０にＯＮ指令信号またはＯＦＦ指令信号を送り、その動作を制御する。そして、制御装置４０は、操縦士のスイッチ操作による動作モードの切り替えが行われない限り、故障の有無を検知しながら、ＡＵＴＯモードを維持する（Ｓ２０７ Ｎ）。また、操縦士がスイッチ２０を操作して動作モードの切り替えを行うと（Ｓ２０７ Ｙ）、制御装置４０は、選択された動作モード（ＯＮモード又はＯＦＦモード）における制御手順を実行する。
また、スイッチ２０が故障したことを検出した場合も、制御装置４０は、ＡＵＴＯモードにより、防氷装置５０を運転制御する（Ｓ２０７ Ｙ）。

［ＯＦＦモード］
次に、ＯＦＦモードが選択されている場合の制御手順について説明する。
操縦士がＯＦＦモードを選択した場合、制御装置４０は、スイッチ２０やその信号系統などに故障が検出されない場合、防氷装置５０がＯＦＦモードで運転されるよう制御する（Ｓ２１１ Ｎ）。すなわち、スイッチ２０から取得したＯＦＦモード信号に基づいて、防氷装置５０に対して運転停止を指令するＯＦＦ指令信号を送る。
そして、制御装置４０は、操縦士のスイッチ操作による動作モードの切り替えが行われない限り、故障の有無を検知しながら、ＯＦＦモードを維持する（Ｓ２１３ Ｎ）。また、操縦士がスイッチ２０を操作して動作モードの切り替えを行うと（Ｓ２１３ Ｙ）、制御装置４０は、選択された動作モード（ＯＮモード又はＡＵＴＯモード）における制御手順を実行する。
一方、制御装置４０は、スイッチ２０が故障したことを検出した場合（Ｓ２１１ Ｙ）、防氷装置５０の動作モードをＯＦＦモードからＡＵＴＯモードに切り替えて、ＡＵＴＯモードにおける制御手順を実行する。この場合、表示器８０には、操縦士が選択した動作モード（ＯＦＦモード）ではなく、制御装置４０により切り替えられた動作モード（ＡＵＴＯモード）が表示される。

以上説明した第１実施形態の防氷システム１０によれば、特に、防氷装置５０の動作モードがＯＮモード又はＯＦＦモードに選択されている間に、スイッチ２０の故障が検出されると、動作モードをＡＵＴＯモードに切り替える点に特徴を有する。そうすることにより、スイッチ２０が故障することに伴い、相対的に信頼性が高まった着氷検出器３０の着氷検知信号に基づいて防氷装置５０の動作を確実に制御することができるため、航空機の機体防氷機能に関する非常時の安全性を一層向上することができる。
なお、防氷装置５０がＯＮモードで動作していた場合には、そのままＯＮモードで動作し続ける選択肢もある。しかし、この選択肢の場合には、必要のないときにも防氷装置５０を機能させることになる場合もある。例えば高温のエンジンの抽気を用いて防氷を行なうものとすれば、防氷対象物が高温に曝される機会が増えることになるが、これは防氷対象物の熱疲労の観点からすると好ましいことではない。そこで、本実施形態では、ＯＮモードで動作している場合でも、ＡＵＴＯモードに切り替える。

［第２実施形態］
次に、図４を参照して、防氷装置５０の制御手順に関する第２実施形態を説明する。
第２実施形態は、防氷装置５０の動作モードとしてＯＮモード又はＯＦＦモードが選択されている場合において、スイッチ２０に故障が生じたとしても、所定の飛行条件を満たすまでは、ＡＵＴＯモードに切り替えず、ＯＮモード又はＯＦＦモードを維持する。第２実施形態は、この点を除いて、第１実施形態と同様の制御手順を備えているので、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明する。以下、航空機１が離陸する前に、操縦士によりＯＮモード又はＯＦＦモードが選択されている場合を説明する。

［ＯＮモード］
操縦士が離陸前にＯＮモードを選択していた場合において、スイッチ２０が故障したことを制御装置４０が検出しても（Ｓ３０３ Ｙ）、速やかに防氷装置５０の動作モードをＯＮモードからＡＵＴＯモードに切り替えない。高度計７０から取得する飛行高度情報に基づき、制御装置４０は、航空機１が所定の高度条件に達している否かを判断している（Ｓ３０５）。
航空機１の飛行高度が所定の高度条件に達していなければ、防氷装置５０の動作モードは、離陸前に操縦士が選択したＯＮモードを維持し、表示器８０にはＯＮモードが表示される（Ｓ３０５ Ｎ）。しかし、飛行高度が所定の高度条件に達すると、制御装置４０は、防氷装置５０の動作モードをＯＮモードからＡＵＴＯモードに切り替えるとともに、表示器８０にはＡＵＴＯモードが表示される（Ｓ３０５ Ｙ）。
ここで、飛行高度を動作モードの切り替えの条件としているのは、飛行高度が低い範囲では、航空機１に着氷する環境が離陸前と同等と解されるためである。なお、所定の高度条件として、例えば、高度０〜４００ｆｔの範囲を設定することが望ましい。その理由は、この高度範囲は、地上（離陸前）と比較して着氷条件の変化が少なく、また、操縦士の操縦負担が比較的大きい範囲であるためである。
なお、制御装置４０が故障を検知した後に、飛行高度の条件を判断しているが、これの順番は本発明を限定するものではない。

［ＯＦＦモード］
また、操縦士が離陸前にＯＦＦモードを選択していた場合も、ＯＮモードと同様に制御装置４０は動作する。
すなわち、スイッチ２０が故障したことを制御装置４０が検出しても（Ｓ３０３ Ｙ）、速やかに防氷装置５０の動作モードをＯＮモードからＡＵＴＯモードに切り替えない。高度計７０から取得する飛行高度情報に基づき、制御装置４０は、航空機１が所定の高度条件に達している否かを判断する（Ｓ３１５）。
そして、航空機１の飛行高度が所定の高度条件に達していなければ、防氷装置５０の動作モードは、離陸前に操縦士が選択したＯＦＦモードを維持し、表示器８０にはＯＮモードが表示されている（Ｓ３１５ Ｎ）。しかし、飛行高度が所定の高度条件に達すると、制御装置４０は、防氷装置５０の動作モードをＯＦＦモードからＡＵＴＯモードに切り替えるとともに、表示器８０にはＡＵＴＯモードが表示される（Ｓ３１５ Ｙ）。

以上のＯＮモードおよびＯＦＦモードにおける、切り替え操作はラッチ回路により行うことができる。
なお、離陸前にＡＵＴＯモードが選択されている場合には、制御装置４０は、第１実施形態と同様に防氷装置５０の作動を制御する。

第２実施形態によれば、離陸前に操縦士が動作モードをＯＮモード又はＯＦＦモードに設定した後であっても、離陸後一定の高度に達するまでの間は、スイッチ２０の故障が検知された場合でも、防氷装置５０の動作モードはＡＵＴＯモードに切り替えることなく、離陸前に選択したＯＮモード又はＯＦＦモードを維持する。つまり、第２実施形態は、一定の高度に達するまで、離陸前の操縦士の意思を優先させながら飛行することができるため、防氷に関する安全性をより高めることができる。また、巡航時と比べて不安定な飛行環境にある離陸高度においても、機体操縦の安定性を確保することができる。
さらに、一定の高度に達するまでは、表示器８０には、離陸前に操縦士が設定した動作モードと同じものが表示されるため、操縦士は違和感を持つことなく、安心して操縦できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、第２実施形態における所定の飛行条件は飛行高度以外にも、離陸後の飛行時間を所定の飛行条件に採用することができる。または、飛行速度を所定の飛行条件に採用することもできる。
また、第２実施形態は、離陸前にＯＮモード又はＯＦＦモードが選択されている例を説明したが、航空機１の飛行中のいずれのタイミングにおいても適用できる。

１ 航空機
２ 胴体
３（３Ｒ，３Ｌ） 主翼
４（４Ｒ，４Ｌ） エンジン
１０ 防氷システム
２０ スイッチ
３０ 着氷検出器
４０ 制御装置
５０ 防氷装置
７０ 高度計
８０ 表示器
９０ 操縦室
１００ データバス

Claims (4)

1. 航空機に設けられた防氷装置の動作を制御する防氷システムであって、
   前記防氷装置の動作モードを選択する動作モード選択手段と、
   前記動作モード選択手段で選択された前記動作モードに従って、前記防氷装置の動作を制御する制御手段と、を備え、
   前記動作モードは、少なくとも手動運転モード、自動運転モード及び停止モードからなり、
   前記制御手段は、
   前記動作モード選択手段によって前記手動運転モード又は前記停止モードが選択されている際に、
   前記動作モード選択手段に故障が生じたことを検知すると、
   前記防氷装置の動作を前記自動運転モードにより制御する、
   ことを特徴とする防氷システム。
2. 前記航空機の飛行高度を計測する高度計を備え、
   前記制御手段は、前記高度計から取得した飛行高度情報に基づいて、前記航空機が所定の飛行高度に至ると前記防氷装置の動作を前記自動運転モードにより制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の防氷システム。
3. 前記防氷装置の前記動作モードを表示する表示部を備えている、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の防氷システム。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の防氷システムを備える、
   ことを特徴とする航空機。

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